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ブルー水素の生産と市場2023-2033年：技術、予測、プレイヤーBlue Hydrogen Production and Markets 2023-2033: Technologies, Forecasts, Players 本レポートでは、ブルー水素の製造技術、サプライチェーン、キープレイヤー、材料、主要なイノベーション、プロジェクトについて評価しています。6つの主要なブルー水素技術の比較と、それらの技術に関する10... もっと見る
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サマリー
本レポートでは、ブルー水素の製造技術、サプライチェーン、キープレイヤー、材料、主要なイノベーション、プロジェクトについて評価しています。6つの主要なブルー水素技術の比較と、それらの技術に関する10年間の市場予測、7つの応用分野、3つの採用地域についても記載しています。また、適用可能な炭素回収・利用・貯蔵（CCUS）技術についても検証し、青色水素の製造に関する展望と課題についても考察しています。
青い水素は、石油精製やアンモニア生産など、緩和が難しいセクターにおける世界的な脱炭素化の取り組みによって成長すると思われる。IDTechExでは、世界の青色水素市場は2033年までに340億米ドルに達するまで成長すると予測しています。青色水素の製造にはさまざまなルートがあり、それぞれに利点と欠点があります。IDTechExの本レポートは、これらの異なる青色水素プロセス、および関連するサプライチェーン、キープレイヤー、材料、主要な技術革新とプロジェクトについて評価しています。6つの主要なブルー水素技術の比較と、これらの技術に関する10年間の市場予測、7つのアプリケーション分野、3つの採用地域も含まれています。また、適用可能な炭素回収・利用・貯蔵（CCUS）技術についても検証し、ブルー水素の製造に関する展望と課題についても論じています。
ブルー水素とは？
ブルー水素とは、主に天然ガス改質や石炭ガス化などの化石燃料から水素を製造する際に、排出されるCO2の大半を炭素分離回収・利用・貯蔵（CCUS）技術によって回収・貯蔵するか、製品に利用するものである。CO2の貯蔵は、塩水帯水層や枯渇した油田などの地層にガスを圧入することで行われ、利用はセメント製造などの方法がある。炭素回収技術は、レトロフィット（改造）と呼ばれる手法で既存の水素プロセスに取り付けたり、設計によって新しい水素プラントに組み込んだりすることができる。本報告書では、特にCCUSに焦点を当て、ブルー水素プロセスに適用可能な主要技術について考察している。
一方、従来のグレーや黒・茶色の水素製造プロセスは、直接排出されるCO2（スコープ1）の大部分を大気中に排出している。一方、再生可能エネルギーによる水の電気分解で製造されるグリーン水素は、直接排出がゼロである。
このほかにも、水素の製造方法によって、さまざまな水素の色があります。例えば、ターコイズブルーの水素は、メタンの熱分解によって製造される水素です。このため、炭素の回収が不要であり、生成された固体炭素は形状によってさまざまな用途に利用することができる。IDTechExでは、ターコイズ型水素製造は天然ガスを使用するため、厳密には青色とはみなされていないが、本レポートではターコイズ型水素製造も取り上げており、製造される水素は低炭素水素に分類される。
出典：IDTechEx
なぜブルー水素を製造するのか？
ブルー水素とグリーン水素の製造は、水素製造を脱炭素化するための2つの主要なルートである。水素は、石油精製やアンモニア・肥料生産など、現在最大の水素利用分野であり、中期的にもその傾向が続くと予想される難炭酸化分野を脱炭素化することができます。水素は、鉄鋼やメタノール生産、大型車や長距離輸送など、他の低炭素化が困難なセクターの低炭素化も可能にします。IDTechExは本レポートにおいて、これらのアプリケーションの概要を説明し、いくつかのプロジェクト例とケーススタディを紹介しています。
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出典：IDTechEx
長期的な脱炭素社会を実現するためには、化石燃料を完全に排除し、さらなる排出を防ぐために、大規模なグリーン水素電解槽のインフラを持つことが理想的である。しかし、グリーン水素には、電解槽技術の高コスト、利用可能な再生可能電力への依存度の高さ（総CAPEXに占める割合が高い）などの課題があり、また、天然ガスインフラや転換可能なグレー水素プラントがあることから、ブルー水素が中期的に望ましいソリューションと考えられている。しかし、ブルー水素には、CCUS用地の確保がボトルネックとなり、成長が阻害されるなど、多くの課題がある。これらの課題については、本レポートで詳しく解説しています。
報告書に掲載されている製造方法の概要
蒸気メタン改質（SMR）は、世界で最も発展し、広く使用されている水素製造技術（灰色水素）である。石炭ガス化（CG）も、世界有数の石炭埋蔵量を誇る中国を中心に、水素（黒色/茶色水素）の製造技術としてよく利用されている。その他の従来の水素プロセスとしては、廃油や精製品の水素化に有用な部分酸化（POX）や、最近開発されたメタンの自己発熱型水蒸気改質（ATR）があり、青色水素の製造にはSMRよりもコスト効率が良い。
本報告書では、水素と固体炭素製品（ほとんどの場合、後者はカーボンブラック）を生産するメタンの熱分解についても取り上げる。従来のプロセスは、エア・リキード社やトップソー社のような確立されたプロセス・技術開発者によって占められているのに対し、メタン熱分解の分野は新興企業や中小企業（SMEs）によって占められ、その一部は急速に技術の商業化を進めています。IDTechExは、様々なメタン熱分解技術を比較し、最も開発され有望な技術を特定します。IDTechExが特定し評価した他のプロセスは、新規プロセス（純粋な熱化学）とバイオマスプロセス（バイオマス原料を用いた生物化学、生化学、熱化学）のカテゴリーに分類されます。
本レポートでは、これら全ての技術を分析し、イノベーションの主要分野、使用材料、サプライチェーンに関わるプレイヤー、プロジェクト／ケーススタディなどを紹介している。レポートの一部では、一般的な定性的議論とLCOHなどの定量的な指標を用いて、各プロセスを相互に比較しています。これらの比較は、青い水素産業においてどの技術が最も成功し、有望であるかというIDTechExの分析に使用された。
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ブルー水素製造の技術・市場動向
IDTechExは、世界の青色水素市場が2033年までに340億米ドルに達すると予測しています。IDTechExの分析によると、青色水素の生産能力拡大のほとんどはヨーロッパ、特に青色水素とCCUSを使用して大規模産業クラスターの脱炭素化を目指す英国などの国からもたらされる。また、北米でも大きな成長が見込まれ、オーストラリアなどでも開発のペースが上がることが予想されます。市場を支配するアプリケーションは精製とアンモニアですが、メタノールなど他のアプリケーションも大きな成長を見せるでしょう。
本レポートの主なポイント：
本レポートでは、以下の情報を提供しています。
水素市場の背景：
青い水素の製造技術、材料、キープレイヤー、プロジェクトなどについての洞察：
市場予測および分析：
目次
Summary
この調査レポートでは、ブルー水素の製造技術、サプライチェーン、キープレイヤー、材料、主要なイノベーション、プロジェクトについて評価しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
This report assesses the blue hydrogen production technologies, supply chains, key players, materials, major innovations and projects. It includes a comparison of the 6 main blue hydrogen technologies and 10-year market forecasts for those technologies along with 7 application areas, and 3 regions of adoption. The report also examines applicable carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technologies and discusses the prospects and challenges of producing blue hydrogen.
Blue hydrogen is going to grow due to global decarbonization efforts in hard-to-abate sectors, such as oil refining and ammonia production. IDTechEx forecasts that the global blue hydrogen market will grow to reach US$34 billion by 2033. There are different routes to producing blue hydrogen, each with their own benefits and drawbacks. This report from IDTechEx assesses these different blue hydrogen processes as well as their associated supply chains, key players, materials, major innovations and projects. It includes a comparison of the 6 main blue hydrogen technologies and 10-year market forecasts for those technologies along with 7 application areas, and 3 regions of adoption. The report also examines applicable carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technologies and discusses the prospects and challenges of producing blue hydrogen.
What is blue hydrogen?
Blue hydrogen refers to the production of hydrogen from fossil fuels, mostly through natural gas reforming or coal gasification, in which most CO2 emissions are captured and stored or used in products via carbon capture, utilization, and storage (CCUS) technologies. CO2 storage is typically accomplished by injecting the gas into geological formations such as saline aquifers or depleted oil fields, whilst utilization methods include uses such as cement manufacture. Carbon capture technologies can be fitted onto existing hydrogen processes in a technique called retrofitting or integrated into new hydrogen plants by-design. A section of the report is dedicated to CCUS specifically and discusses some key technologies that could be applied to blue hydrogen processes.
In contrast, conventional grey and black/brown hydrogen production processes emit the majority of their direct (Scope 1) CO2 emissions into the atmosphere, while green hydrogen, produced through electrolysis of water powered by renewable energy, has zero direct emissions.
A plethora of other hydrogen colors now exist to describe the various sub-routes to hydrogen production. Among them is turquoise hydrogen that is produced via methane pyrolysis, which uses heat generated by electricity to decompose methane molecules into hydrogen and solid carbon. This means that no carbon capture is required, and the solid carbon product can be used in a variety of applications depending on its form. Although not considered strictly blue, IDTechEx covers turquoise hydrogen production in this report as it uses natural gas, hence the hydrogen produced can still be classified as low-carbon hydrogen.
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The spectrum of hydrogen colors. Source: IDTechEx
Why produce blue hydrogen?
Blue and green hydrogen production are the two main routes to decarbonizing hydrogen production. This can in turn decarbonize hard-to-abate sectors like oil refining and ammonia/fertilizer production, which are currently the largest applications for hydrogen and are expected to remain so in the medium-term. Hydrogen can also decarbonize other hard-to-abate sectors such as steel and methanol production as well as heavy-duty and long-haul transport. IDTechEx outlines some of these applications in the report and presented some example projects and case studies.
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Example of a potential blue hydrogen supply chain. Source: IDTechEx
Having an extensive green hydrogen electrolyzer infrastructure would be ideal for long-term decarbonization in order to completely phase out fossil fuels and prevent further emissions. However, blue hydrogen is seen as the preferred medium-term solution due to challenges with green hydrogen, such as the high cost of electrolyzer technology and the heavy reliance on available renewable power (high percentage of total CAPEX), as well as the availability of natural gas infrastructure and grey hydrogen plants ready to be converted. Nonetheless, blue hydrogen does have many issues, such as the hindered growth due to the availability of CCUS sites being a bottleneck. More discussions on these issues can be found in the report.
Overview of the production methods covered in the report
Steam-methane reforming (SMR) is the most developed and widespread hydrogen production technology (grey hydrogen) used throughout the world. Coal gasification (CG) is another popular technology used to produce hydrogen (black/brown hydrogen), especially in China, which has some of the world's largest coal reserves. Other conventional hydrogen processes include partial oxidation (POX), which is useful in converting waste oil/refining products to hydrogen, as well as the more recently developed autothermal reforming (ATR) of methane, which is a self-heating steam reforming process that is more cost-effective than SMR for producing blue hydrogen.
This report also provides coverage of methane pyrolysis, which produces hydrogen and solid carbon products, the latter being carbon black in most cases. While conventional processes are dominated by established process and technology developers, such as Air Liquide and Topsoe, the methane pyrolysis field is mostly occupied by start-ups and smaller-to-medium enterprises (SMEs) some of which are quickly commercializing their technologies. IDTechEx compares the different methane pyrolysis technologies and identifies the most developed and promising technology. Other processes identified and appraised by IDTechEx fall under the categories of novel processes (purely thermochemical) and biomass processes (biological, biochemical and thermochemical using biomass feedstocks).
The report analyzes all of these technologies, presenting some key areas of innovation, materials used, players involved in the supply chains and projects/case studies for most. A section of the report is dedicated to comparing the processes against each other using general qualitative discussions and quantitative metrics, such as LCOH. These comparisons were used to drive IDTechEx's analysis on which technology is going to be the most successful and promising for the blue hydrogen industry.
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Technology and market trends in blue hydrogen production
IDTechEx forecasts the global blue hydrogen market to reach US$34 billion by 2033. IDTechEx analysis shows that most of the capacity growth in blue hydrogen will come from Europe, particularly from countries such as the UK that aim to decarbonize their large industrial clusters using blue hydrogen and CCUS. Significant growth will also come from North America and an increase in the pace of development is seen from countries such as Australia. Applications that will dominate the market are refining and ammonia but other applications, such as methanol, will also see significant growth.
Key takeaways from this report:
This report provides the following information:
Hydrogen market background:
Insight into blue hydrogen production technologies, materials, key players, projects and more:
Market forecasts & analysis:
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